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1、微膠囊技術(shù)噴霧干燥法,沈英 錢佳 林丹丹 周麗宛 杜雷 劉華,噴霧干燥的原理,壁材在遇熱時形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起著篩分作用。小 分子物質(zhì)如水或其他溶劑，因熱蒸發(fā)而透過“網(wǎng)孔”順利地移出，而分子較大的心材則滯留 在“網(wǎng)”內(nèi)。通過選擇不同物質(zhì)或幾種物質(zhì)的混合作為壁材，可以人為地控制“網(wǎng)”孔的大 小，達到包裹不同分子大小物質(zhì)的目的。,噴霧干燥的基本流程,噴霧干燥微膠囊化包括兩個基本過程：制備心材和壁材的混合乳化液，保證心材能夠 均勻地分布在壁材的溶液中。將此乳化液在干燥器內(nèi)進行噴霧干燥，使微膠囊顆粒成型。 心材通常是香料等風味物質(zhì)或油類；壁材常選用食品級膠體，如明膠、阿拉伯膠、變性淀 粉、蛋白質(zhì)、纖維

2、酯等。通常，壁材可溶于水，心材不溶于水，因此，將心材分散于壁材溶液 中時，應(yīng)適當?shù)丶尤肴榛瘎?，制備成油水型乳化液。把這種乳化液置于高溫的干燥器內(nèi)， 通過噴霧頭霧化成微小的液滴，這些小液滴與熱空氣接觸時，溶解壁材的水分受熱迅速蒸 發(fā)，使壁材凝固，從而將心材包裹起來。這樣制備出來的微膠囊顆粒一般呈球形，成品質(zhì)地疏松，由于油相被包囊在水相中，這種微膠囊產(chǎn)品具有水溶性,流程簡化,壁材、芯材、乳化劑 超聲波包埋 均質(zhì)乳化 噴霧干燥 產(chǎn)品,噴霧干燥的優(yōu)缺點,優(yōu)點是設(shè)備易得，操作成本低，可選用的壁材種類多，產(chǎn)品質(zhì)量好，可包埋熱敏性物質(zhì)且包埋量大，生產(chǎn)能力高，工藝簡單，適宜連續(xù)化、自動化的工業(yè)化大生產(chǎn)。 缺點

3、是包埋率低，芯材有可能粘附在微膠囊顆粒的表面從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量，設(shè)備尺寸大，造價高，能耗大。 盡管用噴霧干燥法實現(xiàn)微膠囊化存在這些缺點和不足，但由于它突出的優(yōu)點，仍不失為一種微膠囊化的好方法，因此應(yīng)用很廣泛。,噴霧干燥的影響因素,調(diào)制由芯材和壁材組成的初始溶液對整個微膠囊化過程影響很大 主要因素 （混合液的粘度、均勻性）（芯材和壁材的濃度）（芯材和壁材的比例）（噴霧的速率）（噴霧方法） （干燥速率）,噴霧干燥在食品中的領(lǐng)域,噴霧干燥法以其操作靈活、成本低廉并有良好的產(chǎn)品質(zhì)量，而成為食品工業(yè)中應(yīng)用最 廣泛的微膠囊化方法。,噴霧干燥在食品中的領(lǐng)域,1.飲料工業(yè) 2.乳品工業(yè) 3.食品添加劑工

4、業(yè) 4.功能性食品工業(yè),噴霧干燥在食品中的領(lǐng)域,1.飲料工業(yè) 茶飲料 果蔬汁和果蔬飲料 固體飲料 產(chǎn)品富含葉酸、維生素C、蛋白質(zhì)、鈣等營養(yǎng)成分。具有色澤明快、風味獨特、營養(yǎng)豐富、穩(wěn)定性強等優(yōu)點。,噴霧干燥在食品中的領(lǐng)域,2.乳品工業(yè) 益生菌的包埋 乳酸菌和雙歧桿菌等益生菌經(jīng)過蛋白質(zhì)雙層微膠囊化包埋處理后，保證了在胃酸中不被溶解，而在腸液的中性環(huán)境中經(jīng)過2-3min后釋放出來，保證了益生菌在 腸道中的定植。,噴霧干燥在食品中的領(lǐng)域,3.食品添加劑 香精香料 色素 抗氧化劑 調(diào)味劑,噴霧干燥在食品中的領(lǐng)域,4.功能性食品工業(yè) 在保健食品

5、中，因功能成分比較強，通過微膠囊化的處理可以使其功能成分的穩(wěn)定性增強，并且延長貨架期。,案例一：姜油樹脂微膠囊,姜油樹脂微膠囊的制備,一、材料與試劑 生姜(山東倉山產(chǎn)) 香蘭素、- 環(huán)糊精 吐溫-80,姜油樹脂微膠囊的制備,二、儀器與設(shè)備 HH-6 恒溫水浴鍋 GYB30-6D 高壓均質(zhì)機 ； DGF30/7-IA 鼓風機 干燥箱 南京實驗儀器廠； 668 型真空干燥箱 ； SD-1500 壓力式噴霧干燥器 ； CR-400 色彩色差計 ； Mastersize2000 激光粒徑測定儀 XL-30ESEM掃描電鏡,姜油樹脂微膠囊的制備,三、制備方法 （一）姜油樹脂制備 取無病害鮮生姜，去皮洗凈

6、后，在60條件下烘8h(水分含量為6.57%)，用乙醇在超聲波條件下作用1h，過濾，50水浴蒸干，再置于真空干燥箱中干燥，得姜油樹脂(姜辣素含量為4.6%)。,姜油樹脂微膠囊的制備,三、制備方法 （二）微膠囊方法 稱取16g - 環(huán)糊精，加入160ml 蒸餾水搖勻，加熱溶解，冷卻至60，加入2g 姜油樹脂和0.02% 吐溫-80，充分振搖，于500W 超聲波條件下包埋30min，過夜，并在30MPa 條件下均質(zhì)45 次，然后進行噴霧干燥得微膠囊產(chǎn)品。,姜油樹脂微膠囊的測定方法,一、姜辣素含量測定 香草醛標準溶液：精密稱取香草醛標準品0.05g，用無水乙醇溶解并定容至100ml，再準確吸取4ml

7、，用無水乙醇稀釋至100ml，得20g/ml 香草醛標準溶液。樣品濃度與吸光度的線性考察：精密吸取香草醛標準溶液1 、2 、3 、4 、5 、6ml ，分別置于10ml 容量瓶中，用無水乙醇稀釋至刻度，得濃度為2 、4 、6 、8、10、12g/ml 的系列標準溶液，以無水乙醇作空白，在280nm 波長處，用1cm 比色皿測定吸光度，求得回歸方程。,姜油樹脂微膠囊的測定方法,式中： 2.001 為香草醛換算姜辣素的系數(shù)； C 為測定的吸光度在回歸方程中求出的香草醛質(zhì)量濃度，g/ml； V1 為測定樣品液總體積，ml； V0 為樣品提取液總體積，ml； V2 為測定時吸取的樣品供試液體積，ml；

8、 m 為樣品質(zhì)量，g ； 1 0 6 為將g 換算成g 的換算系數(shù)。,經(jīng)測定：,姜油樹脂微膠囊的測定方法,二、微膠囊化效率 微膠囊中姜辣素含量測定：微膠囊中姜辣素含量是指微膠囊表面和被壁材包埋住的姜辣素含量之和。 準確稱取微膠囊產(chǎn)品5g 左右，加水15ml 形成均一體系，6000r/min 離心20min，倒掉上清液，倒置離心桶，除去殘余水分，斜置一段時間以除去離心桶底部殘留物表面的水分，然后倒入35ml 無水乙醇于離心桶中溶解姜油。用分光光度法測定姜油中姜辣素含量。 微膠囊表面姜辣素的測定：準確稱取微膠囊產(chǎn)品5g 左右，加入25ml 無水乙醇，放在攪拌器上攪拌5min，濾紙過濾混合液，并用無

9、水乙醇淋洗濾紙上的微膠囊產(chǎn)品，洗出其表面的姜辣素，定容至50ml。用分光光度法測定姜油中姜辣素含量。,姜油樹脂微膠囊的測定方法,姜油樹脂微膠囊的測定方法,經(jīng)測定： 微膠囊化效率是評定微膠囊產(chǎn)品質(zhì)量好壞的重要指標之一，包埋率高則芯材裸露于微膠囊表面的數(shù)量少，與外界環(huán)境接觸的數(shù)量少，微膠囊產(chǎn)品本身就比較穩(wěn)定，有效成分損失少，貯藏期長，因此較高的微膠囊化效率是生產(chǎn)微膠囊產(chǎn)品的首要目標。經(jīng)檢測，其微膠囊產(chǎn)品微膠囊化效率為90.5%,姜油樹脂微膠囊的測定方法,三、微膠囊產(chǎn)品水分測定 采用熱干燥法 經(jīng)測定 對一般粉狀產(chǎn)品，含水率是很重要的指標。過多水分會使產(chǎn)品結(jié)塊、霉變。一般微膠囊產(chǎn)品的含水率在2%5%

10、之間。本實驗采用直接烘干法測水分，結(jié)果水分含量為5.17%。,姜油樹脂微膠囊的測定方法,四、微膠囊顆粒大小測定 采用激光粒徑測定儀測定微膠囊產(chǎn)品粒徑大小。,姜油樹脂微膠囊的測定方法,從圖5 可以看出，其中85% 左右在100m 以內(nèi)，15% 左右在200500m之間，符合一般微膠囊的要求。,經(jīng)測定：,姜油樹脂微膠囊的測定方法,五、微膠囊色澤測定 采用型全自動測色色差計測定。工作條件為：D65光源，測色光斑直徑為10mm，以標準白板為標準參數(shù)(L*=97.73，a*=3.40，b*= 3.67， E=0.69，X=91.266,Y=94.268，Z=107.02)，采用Hunter 均勻表色系統(tǒng)

11、測定L * 、a * 、b * 值表示分離蛋白的顏色，重復(fù)5 次。 其中L * 表示白度，其范圍為0 100；a * 值表 示色澤的紅度，正數(shù)代表紅色，負數(shù)代表綠色，其范 圍為 120120；b* 值表示色澤的黃度，正數(shù)代表黃 色，負數(shù)代表藍色，其范圍為 120120。,姜油樹脂微膠囊的測定方法,經(jīng)測定： L * 表示亮度、a * 為綠度、b * 為黃度，對所得微膠囊進行色澤測定，結(jié)果L*=78.14、a*=2.39、b*=13.4、AE=19.31。姜粉呈現(xiàn)淡黃色，微膠囊的色澤較好。,姜油樹脂微膠囊的測定方法,微膠囊外觀表征 以姜油樹脂與- 環(huán)糊精物理混合物和微膠囊產(chǎn)品為樣品，分別置于雙面膠

12、帶上，于真空條件下噴金，在掃描電鏡中觀察樣品的表現(xiàn)形態(tài),姜油樹脂微膠囊的測定方法,從圖6 、7 可以看出，物理混合物外觀粗糙，而微膠囊產(chǎn)品呈球狀，沒有破裂情況，微膠囊效果好。,經(jīng)測定：,姜油樹脂微膠囊的測定方法,溶解度 溶解性好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)地的均勻性，溶解性好則微膠囊產(chǎn)品中的風味物質(zhì)能均勻地分布和溶出。準確稱取微膠囊產(chǎn)品0.050g，用移液管取蒸餾水50ml 到一小燒杯中，將此含有蒸餾水的小燒杯放在磁力攪拌器上，在恒溫(25)下進行攪拌，然后將準確稱取的微膠囊產(chǎn)品一次性倒入正在攪拌的燒杯中，開始計時，直至微膠囊產(chǎn)品完全溶解為止，記錄完全溶解的時間t，時間短則微膠囊產(chǎn)品的溶解性相對較好。,姜

13、油樹脂微膠囊的測定方法,經(jīng)測定： 將微膠囊產(chǎn)品放入水中，約1520s 即可完全溶解，說明其溶解度很好。,制備姜油樹脂微膠囊的影響因素,一、進風溫度 二、進料流量 三、出風溫度 以微膠囊中姜辣素含量為指標，分別以進風溫度、進料流量、出風溫度的不同水平進行單因素試驗。,影響因素,一、進風溫度 進風溫度對微膠囊中姜辣素含量的影響 采用進料壓力0.4MPa、出風溫度80、進料流量500L/h，進風溫度分別為140、160、180、200、220進行噴霧干燥，結(jié)果如圖所示。,影響因素,影響因素,從圖中可以看出，進風溫度對微膠囊中姜辣素含量的影響很大，在進風溫度180時，此時姜辣素含量最大，當超過這一溫度

14、時，姜辣素含量逐漸下降，原因是進風溫度的升高使姜辣素含量損失增大。故選擇進風溫度180。,影響因素,二、進料流量 采用進料壓力0.4MPa、出風溫度80、進風溫度180，進料流量分別為300、400、500、600、700L/h進行噴霧干燥,影響因素,影響因素,從圖中可看出，進料流量對微膠囊姜辣素含量影響不大，考慮到噴霧干燥效率，進料流量選擇在500L/h。,影響因素,三、出風溫度 采用進料壓力0.4MPa、進料流量500L/h、進風溫度180，出風溫度50、60、70、80、90進行噴霧干燥,影響因素,影響因素,由圖中可知，出風溫度對微膠囊中姜辣素含量的影響也較大，出風溫度在80時，其微膠囊

15、中姜辣素含量最大，原因是出風溫度的增大造成姜辣素含量損失較大，故最佳出風溫度選擇在8 0 。,正交試驗,通過單因素試驗篩選，確定對微膠囊中姜辣素含量有重要影響的3 個因素，每個因素各取3 個水平進行正交試驗。試驗設(shè)計與結(jié)果如表1 所示。,總結(jié),本研究以姜油樹脂為原料，以姜辣素含量為指標，采用噴霧干燥法制備微膠囊，通過單因素與正交試驗得到最佳工藝條件,總結(jié),各因素對微膠囊中姜辣素含量的影響順序為進風溫度出風溫度進料流量(F 比依次減小)； 姜油樹脂微膠囊噴霧干燥最佳工藝條件為進風溫度190、進料流量為500L/h、出風溫度80。實驗驗證姜油樹脂微膠囊產(chǎn)品姜辣素含量為0.835%。,發(fā)展趨勢,生姜

16、(Zingiber officinale Rosc.)系姜科植物，被列入我國衛(wèi)生部確定的藥食兩用的首批物品名單。生姜主要含揮發(fā)油和辛辣成分，其辛辣成分主要有姜酚、姜烯酚和姜酮等酚類化合物，是生姜特征性辛辣風味的主要呈味物質(zhì)，也是生姜多種藥理作用的主要功能因子。 姜油樹脂是姜根莖經(jīng)溶劑萃取獲得的半流體物質(zhì)，姜油樹脂包含了姜中的揮發(fā)組分和姜辣素，可有效保持生姜的天然香味，風味濃郁。姜油樹脂黏度大、流動性能差、不溶于水，直接使用制約因素多，使用范圍受到限制。采用微膠囊技術(shù)將姜油樹脂變成固體粉末，可以保護芳香物質(zhì)免遭外界因素的影響，有效控制香味物質(zhì)的釋放，從而擴大其在食品工業(yè)的應(yīng)用范圍。因此在市場上得

17、到廣泛的應(yīng)用。,名詞解釋,吐溫-80 所謂“吐溫-80”，是表面活性劑聚山梨酯-80的俗稱。 化 學(xué) 名：聚山梨酯-80 分 子 式：C64H124O26 性 狀：淡黃至橙黃色粘稠液體 質(zhì)量標準：符合中華人民共和國藥典2000版、美國藥典24版 包 裝：500ml黃圓瓶或2kg塑料瓶裝，25Kg塑料桶裝，200Kg塑料桶裝。 應(yīng) 用：聚山梨酯-80（吐溫-80）為非離子型親水性表面活性劑，微有特臭、味微苦、略澀，有溫熱感。在水、乙醇、甲醇或醋酸乙酯中易溶，在礦物油中極微溶解。用作注射劑的增溶劑及其他劑型的乳化劑和分散劑。 搬運處置：運輸過程應(yīng)避免日曬、雨淋、受熱及撞擊。搬運裝卸時小心輕放，不得與有毒有害或其它有污染的物品混裝、混運。 貯 存：遮光、陰涼干燥處密封保存。,謝謝,,